双流制电力机车直流制式下牵引变压器铁芯去磁方法研究

摘要

双流制电力机车可以工作于直流供电网与交流供电网，可实现跨地区、跨供电制式运行，打开了多地区一车互联的格局。随着我国都市圈建设发展与“一带一路”倡议的提出，双流制电力机车对推动经济发展有着重要作用，在我国有广阔前景。对于双流制电力机车，为了减小系统体积，直流工况下通常依靠牵引变压器的牵引绕组当做直流滤波电抗器。直流供电制式下，数百安的电流流过牵引绕组后，铁芯会产生严重的剩磁。当机车接入交流供电网后，铁芯剩磁会引发变压器一次侧的励磁涌流。为确保机车安全运行，需要采取措施去除剩磁。本文围绕牵引变压器铁芯去磁方法进行了如下研究：　　(1)对轨道交通及其供电制式的发展现状进行分析，阐述了多流制电力机车的优越性，并简要研究了几种典型的多流制电力机车。重点说明了牵引变压器剩磁带来的危害，并结合国内外去磁方法的研究现状，思考如何在机车内进行有效去磁。　　(2)研究双流制电力机车牵引拓扑结构，分析双流制电力机车的运行机制。针对牵引变压器，重点对其结构与牵引绕组接线方式进行研究。在此基础上，又通过对铁磁材料的特性分析，推理总结出直流制式下牵引变压器铁芯出现剩磁的原因。　　(3)本文通过对常规的磁性元件去磁方法的研究，归纳出去磁的基本思想。并结合机车牵引拓扑结构特点，提出了两种基于设备复用的去磁方法，分别为被动去磁法与主动去磁法。对所提去磁方法，阐述了其基本原理，并对去磁过程进行深入研究。　　(4)本文以中车集团的20E型机车作为研究对象，根据机车参数搭建仿真模型进行研究。首先使用ANSYS与PLECS仿真软件分别建立牵引变压器模型，对本文所提出的牵引变压器铁芯出现剩磁的原因进行证实。在PLECS软件中对不同的去磁方法建模仿真，仿真得到的电压、电流波形与理论分析一致。通过得到的铁芯磁滞回线波形证明两种去磁方法均可以有效去除剩磁，且去磁时间符合要求。仿真结果证实文中所提去磁方法是有效的。最后，针对两种去磁方法进行了比较。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 轨道交通发展背景及现状

1.1.2 机车供电制式的发展概况

1.2 变压器铁芯剩磁危害

1.3 励磁涌流抑制与铁芯去磁的研究

1.3.1 励磁涌流抑制方法的研究现状

1.3.2 去磁方法的研究现状

1.4 论文主要内容

第2章 双流制电力机车牵引传动系统

2.1 双流制电力机车牵引回路拓扑结构

2.1.1 单供电制式电力机车牵引回路拓扑结构

2.1.2 双流制电力机车牵引回路拓扑及特点

2.1.3 双流制电力机车工作原理介绍

2.2 双流制电力机车牵引变压器

2.2.1 牵引变压器的结构

2.2.2 牵引绕组的接线方式

2.3 牵引变压器铁芯剩磁分析

2.3.1 铁磁材料的特性分析

2.3.2 牵引变压器铁芯剩磁产生机理

2.4 本章小结

第3章 牵引变压器铁芯去磁方法研究

3.1 去磁方法的基本原理

3.1.1 常见去磁方法研究

3.1.2 机车实际工况对去磁的要求

3.2 一种被动去磁方法

3.2.1 被动去磁方法基本原理

3.2.2 被动去磁法去磁过程研究

3.3 一种主动去磁方法

3.3.1 主动去磁法基本原理

3.3.2 主动去磁法去磁过程分析

3.4 本章小结

第4章 仿真分析与方法验证

4.1 牵引变压器铁芯剩磁验证

4.2 去磁方法的仿真验证

4.2.1 被动去磁法仿真

4.2.2 主动去磁法仿真

4.2.3 两种去磁方法对比

4.3 本章小结

结论

参 考 文 献

附录A 攻读硕士学位期间主要学术成果目录

致谢